1、背景和意義 

 

某核電廠(chǎng)煙囪流量計安裝在反應堆穹頂煙囪護欄平臺，為兩臺機組共用設備，測量核輔助廠(chǎng)房煙囪排入環(huán)境的廢氣量，用以計算排放至環(huán)境的放射性物謘hou芰�，监视废气活芯壞异�?變化等。流量計設計時(shí)未設置防雷裝置，且現場(chǎng)屏蔽接地方式不利于防雷，現場(chǎng)發(fā)生過(guò)雷擊產(chǎn)生的干擾經(jīng)流量計信號傳輸通 道并#終導致集中控制模擬量機柜部分信號波動(dòng)的情況。 本文描述核電廠(chǎng)的#新應用實(shí)踐，即信號回路增加防雷端 子箱和光電隔離裝置、電源回路增加電涌保護器、信號屏蔽線(xiàn)分段接地等方式，來(lái)減小雷擊干擾通過(guò)流量計信號傳輸通道對 集中控制模擬量機柜內重要信號及電源的影響。 

 

2 現場(chǎng)問(wèn)題及改進(jìn)方案 

 

2.1 現場(chǎng)問(wèn)題 

實(shí)施本改進(jìn)前，電廠(chǎng)已對現場(chǎng)存在的缺陷和隱患做了如下改進(jìn)措施：對信號回路的屏蔽線(xiàn)的接地方式進(jìn)行改進(jìn)；對部分室 外電纜增加金屬管并將金屬管接地以增強屏蔽效果等；但上述 措施仍然不足以消除雷擊干擾的風(fēng)險，需要進(jìn)一步落實(shí)加強改進(jìn)措施。

 

2.2 現場(chǎng)情況核查

雷擊分為直接雷擊和感應雷擊，歷次雷擊發(fā)生時(shí)煙囪流量計均沒(méi)有損壞，且流量計周?chē)�有位置更高的避雷針和避雷帶，�?受到直接擊雷的概率較小，分析認為雷擊影響集中控制模擬量 機柜的干擾信號來(lái)源于感應雷擊。煙囪流量計及電纜與煙囪避 雷針引下線(xiàn)距離較近甚至等電位連接，且信號通道均未設計防 雷裝置，當避雷針接閃后，在附近的煙囪流量計信號回路感應出 較強干擾信號，干擾信號通過(guò)信號線(xiàn)和屏蔽線(xiàn)進(jìn)入集中控制模 擬量系統機柜，影響抗干擾能力較弱的信號，產(chǎn)生信號波動(dòng)，觸 發(fā)報警。

 

2.3 改進(jìn)方案

經(jīng)詳細分析和研究，制定了如下加強改進(jìn)方案：

a.在煙囪流量計信號回路加裝安全級防雷端子箱，釋放大 部分干擾電流；

 

b.在防雷裝置后增加 1 個(gè)安全級光電隔離箱，在防雷裝置 （防雷端子）失效時(shí)，阻斷電磁干擾進(jìn)入集中控制模擬量機柜；

 

c.實(shí)施上述改進(jìn)過(guò)程中，優(yōu)化屏蔽接地方式。

 

以其中一個(gè)煙囪流量計為例說(shuō)明，改進(jìn)前后信號通道示意圖見(jiàn)圖 1 和圖 2

安全級防雷端子箱，主要設備為防雷端子，并經(jīng)過(guò)核級 K3 級鑒定，原理相對簡(jiǎn)單，本文不再詳細敘述。下文主要針對安全 級光電隔離箱做分析和描述。

 

2.3.1 安全級光電隔離箱配置設計

改進(jìn)實(shí)施前，光電轉換裝置和電涌保護器尚無(wú)成熟的核級 K3 級產(chǎn)品，需重新設計并在集成后完成核級 K3 級鑒定試驗。

 

新增安全級光電隔離箱內置 2 個(gè)光纖中繼器 (發(fā)射端和接收端)，用光纖連接，實(shí)現電流信號→光信號→電流信號的轉化, 阻斷雷擊產(chǎn)生的電磁干擾，保護集中控制模擬量機柜（KRG 機 柜）柜內設備。

 

新增的光電隔離箱內配置：光纖發(fā)送模塊 1 個(gè)、光纖接收模 塊 1 個(gè)、220V/24VDC 隔離電源 2 個(gè)、空氣開(kāi)關(guān) 1 個(gè)、電源浪涌保 護器 1 個(gè)、接地銅排及接線(xiàn)端子若干。

 

光 電 隔 離 箱 內 的 光 纖 發(fā) 送 模 塊 采 用 Artek 公 司 的 AHFT-2100/T 型產(chǎn)品，工作電源 24VDC±10%, 200mA，精度±0.05%，輸入阻抗 128 歐姆，可通過(guò)內部跳線(xiàn)設置實(shí)現有源或無(wú) 源 4-20mA 信號的匹配，進(jìn)行單路 4～20mA 模擬量信號與光信 號的轉換。

 

光電隔離箱內的光纖接收模塊同樣選用 Artek 公司的 AHFT-2100/T 型產(chǎn)品，工作電源 24VDC±10%，精度±0.05%，輸 出阻抗 600 歐姆，可將單路光信號轉換為 4-20mA 有源信號。

 

光電隔離箱內設置電源浪涌保護器，目的是防止雷擊對光 電隔離箱上游 220VAC 電源的影響。整個(gè)核島廠(chǎng)房全部區域作為一個(gè)共同的防雷保護區 LPZ1，廠(chǎng)房外部為 LPZ0，根據國標 GB_50343-2012《建筑物電子信息系統防雷技術(shù)規范》，選用（標稱(chēng)放電電流 In）二類(lèi)測試的浪涌保護器。本改進(jìn)選用菲尼克斯 VAL-SEC-T2 浪涌保護器，額定電壓 240VAC,50HZ,#大持續工 作電壓 359VAC，額定負載電流 40A，標稱(chēng)放電電流 20KA，#大 放電電流 40KA。

 

2.3.2 信號回路負載評估

流量計至光纖發(fā)送模塊之間信號回路負載評估：防雷端子 箱內串聯(lián)有 2 個(gè) 55 歐姆的熱敏電阻，現場(chǎng)變送器至光電隔離箱 的線(xiàn)阻約 3 歐姆，AHFT-2100/T 光纖發(fā)送模塊的輸入阻抗為128 歐姆，回路總負載約為 241 歐姆，原有流量計配置的就地 處理板卡(頻聅hou�稻岟�？?的輸出阻抗能力（帶載能力）為 600歐姆，大于回路總負載，滿(mǎn)足要求。

 

光纖接收模塊至集中控制模擬量（KRG）機柜之間信號回路 負載評估：集中控制模擬量機柜內對應板卡輸入阻抗為 250 歐 姆，光電隔離箱至集中控制模擬量機柜的線(xiàn)阻約 1 歐姆，回路總 負載約為 251 歐姆，小于 AHFT-2100/R 光纖接收模塊 600 歐姆 的帶載能力，滿(mǎn)足要求。

 

2.3.3 對通道響應時(shí)間影響評估

改進(jìn)增加的信號回路設備光纖發(fā)送模塊和光纖接收模塊的 響應時(shí)間均小于 2ms，因此改進(jìn)后整個(gè)通道的響應時(shí)間#多會(huì )增加 4ms，模擬量通道對響應時(shí)間要求不高，4ms 的增加對信號 采集不會(huì )產(chǎn)生影響。

 

結束語(yǔ)

落實(shí)上述防雷實(shí)踐應用，至截稿之日已經(jīng)經(jīng)歷了兩次雷雨 高發(fā)季，未再出現因為雷電干擾電廠(chǎng)控制系統或板件的情況， 實(shí)踐證明上述防雷實(shí)踐能有效降低核電廠(chǎng)集中控制模擬量機柜受感應雷擊的干擾和影響；光電隔離箱的創(chuàng )新設計方案，還 可以作為核電廠(chǎng)其他戶(hù)外模擬量信號通道防雷擊措施的設計參考。